Сварка как способ неразъемного соединения твердых металлических частей известна человечеству с самых древних времен. Как только люди научились выплавлять и обрабатывать железо ковкой в горячем состоянии (приблизительно IV тысячелетие до н. э.), им сразу же пришлось иметь дело и с процессом сварки, который стали широко использовать сначала для объединения отдельных крупиц или кусочков металла в общую болванку-заготовку, а затем и для соединения различных металлических поделок друг с другом.

Ацетилен

 

Общие сведения

Ацетилен — ненасыщенный углеводород C2H2. Имеет тройную связь между атомами углерода, принадлежит к классу алкинов. В природе на Земле практически не встречается, т.к. из-за присутствия кислорода это крайне неустойчивое соединение, получается путем синтеза. Ацетилен обнаружен в атмосфере Урана, Юпитера и Сатурна.

Впервые газообразный ацетилен получил в 1836 г. Эдмунд Дэви при разложении водой карбида калия, полученного при сплавлении металлического калия с углем: К2С2 + 2Н2О = С2Н2 + 2КОН.

С конца 19 в., когда был разработан дешевый способ получения ацетилена из карбида кальция (CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2, который в свою очередь получали прокаливанием смеси угля и негашеной извести (СаО + 3С = СаС2 + СО), этот газ стали использовать для освещения. В пламени при высокой температуре ацетилен, содержащий 92,3% углерода (это своеобразный химический рекорд), разлагается с образованием твердых частичек углерода, которые могут иметь в своем составе от нескольких до миллионов атомов углерода. Сильно накаливаясь во внутреннем конусе пламени, эти частички обуславливают яркое свечение пламени — от желтого до белого, в зависимости от температуры (чем горячее пламя, тем ближе его цвет к белому). Ацетиленовые горелки давали в 15 раз больше света, чем обычные газовые фонари, которыми освещали улицы. Постепенно они были вытеснены электрическим освещением, но еще долго использовались в небольших фонарях на велосипедах, мотоциклах, в конных экипажах.

 

Физические свойства

При нормальных условиях — бесцветный газ, запах которого напоминает запах чеснока, малорастворим в воде, легче воздуха. Чистый ацетилен при охлаждении сжижается при -83,8°С, а при дальнейшем понижении температуры быстро затвердевает. Он умеренно растворим в воде (1150 мл в 1 л воды при 15°С и атмосферном давлении) и хорошо в органических растворителях, особенно в ацетоне (25 л в 1 л ацетона при тех же условиях и 300 л под давлением 12 атм). Термодинамически ацетилен неустойчив: он взрывается при нагревании до 500° С, а при обычной температуре - при повышении давления до 2 атм. Поэтому его хранят в баллонах, наполненных пористым инертным материалом, который пропитан ацетоном.

 

Сравнительные характеристики пламени при сварке различным газами

Газ	Температура пламени, °C
Ацетилен	3000 - 3200
МАФ	2930
Пропан	2600-2750
Водород	2100-2500
Метан	2000-2200

ГЕЛИЙ

He (helium), химический элемент из семейства благородных (инертных) газов He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, составляющих VIIIA подгруппу в периодической системе элементов, или, как ее еще называют, нулевую группу.
История открытия. Гелий впервые был идентифицирован как химический элемент в 1868 П.Жансеном при изучении солнечного затмения в Индии. При спектральном анализе солнечной хромосферы была обнаружена ярко-желтая линия, первоначально отнесенная к спектру натрия, однако в 1871 Дж.Локьер и П.Жансен доказали, что эта линия не относится ни к одному из известных на земле элементов. Локьер и Э.Франкленд назвали новый элемент гелием от греч. "гелиос", что означает солнце. В то время не знали, что гелий - инертный газ, и предполагали, что это металл. И только спустя почти четверть века гелий был обнаружен на земле. В 1895, через несколько месяцев после открытия аргона, У.Рамзай и почти одновременно шведские химики П.Клеве и Н.Ленгле установили, что гелий выделяется при нагревании минерала клевеита. Год спустя Г.Кейзер обнаружил примесь гелия в атмосфере, а в 1906 гелий был обнаружен в составе природного газа нефтяных скважин Канзаса. В том же году Э.Резерфорд и Т.Ройдс установили, что a-частицы, испускаемые радиоактивными элементами, представляют собой ядра гелия.

Аргон

Аргон (лат. Argon), Ar, химический элемент VIII гр. периодической системы Менделеева, относится к инертным газам; атомный номер 18, атомная масса 39,948. При обычных условиях А. — газ без цвета, запаха и вкуса. К открытию А. привело обнаруженное в 1892 Дж. Рэлеем превышение на 0,0016 г/л (при 0°С и 101 325 н/м²) плотности азота из воздуха по сравнению с плотностью азота, полученного из его соединений. В 1894 Рэлей и У. Рамзай выделили из азота воздуха газ, обладающий химической инертностью (греч. argys — бездеятельный). После открытия других инертных газов они были объединены в отдельную нулевую группу периодической системы; теперь общепринято рассматривать их как главную подгруппу VIII гр.

В природе А. присутствует только в свободном виде. Атмосфера содержит 16-10¹² т А., земная кора 0,165·10¹² т, вода 0,752·10¹² т. Объёмная концентрация А. в воздухе 0,93%. Атмосферный А. состоит из трёх стабильных изотопов: ³⁶Ar (0,337% ), ³⁸Ar (0,063% ) и ⁴⁰Ar (99,600% ). Преобладание тяжёлого изотопа связано с его образованием при радиоактивном распаде природного калия ⁴⁰K (в результате общее количество А. в атмосфере непрерывно возрастает). Вследствие высокого содержания ⁴⁰Ar атомная масса Ar больше, чем у следующего за ним в таблице Менделеева К. Из искусственно полученных радиоактивных изотопов А. для радиоактивной метки наиболее пригоден ³⁷Ar с периодом полураспада 35,0 дней. Плотность А. (при 0°С и 101 325 н/м²) 1,7839 кг/м³, t_пл —189,3°C, t_kип —185,9°C. В 1 л воды при нормальных условиях растворяется 51,9 см³ А.

Плазменная сварка

Плазменная дуга характеризуется весьма высокой температурой (до 30000 ⁰С) и широким диапазоном регулирования ее технологических свойств.

По-сравнению с аргонодуговой сваркой в связи с более высокой проплавляющей способностью плазменная сварка имеет следующие преимущества:

• повышенную производительность;
• меньшую зону термического влияния;
• более низкие деформации при сварке;
• пониженный расход защитных газов;
• более высокую стабильность горения дуги;
• меньшую чувствительность качества шва от изменения длины дуги (ввиду её неизменной геометрии по длине (рисунок 1).

Рисунок 1. Плазменная (сжатая) дуга, горящая на графит

Газовая, или газоплавильная сварка — сваркаплавлением с применением смеси кислорода и горючего газа, преимущественно ацетилена; реже — водорода, пропана, бутана, блаугаза, бензина и т. д. Тепло, выделяющееся при горении смеси кислорода и горючего газа, оплавляет свариваемые поверхности и присадочный материал с образованием сварочной ванны — металла свариваемого шва, находящегося в жидком состоянии. Пламя может быть окислительным или восстановительным, это регулируется количеством кислорода. В зависимости от состава основного металла выбирают состав присадочных прутков; а в зависимости от толщины основного металла — диаметр.

Рис 1. Газовая сварка: 1- газовая горелка; 2- Сварочное пламя; 3 - Присадочная проволока

 

 

Применение:

Сущность основных способов сварки плавлением

При электрической дуговой сварке энергия, необходимая для образования и поддержания дуги, поступает от источников питания постоянного или переменного тока.

В процессе электрической дуговой сварки основная часть теплоты, необходимая для нагрева и плавления металла, получается за счет дугового разряда (дуги), возникающего между свариваемым металлом и электродом. При сварке плавящимся электродом под воздействием теплоты дуги кромки свариваемых деталей и торец (конец) плавящегося электрода расплавляются и образуется сварочная ванна. При затвердевании расплавленного металла образуется сварной шов. В этом случае сварной шов получается за счет основного металла и металла электрода.

К плавящимся электродам относятся стальные, медные, алюминиевые; к неплавящимся — угольные, графитовые и вольфрамовые.

При сварке неплавящимся электродом сварной шов получается только за счет расплавления основного металла и металла присадочного прутка.